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Es war "Sommer", doch die Wissenschaft stand nicht still! Wir haben wieder ein paar der neuen Erkenntnisse für euch herausgepickt. Diesmal behandeln wir eine Studie, die beschreibt, wie man computergenerierte Musik menschlicher machen kann, und wie man jetzt Vanillin - die Hauptkomponente des Vanillegewürzes - mit Hilfe von Hefe produzieren kann. Weiterhin geht es um das Alter des Rezeptes für die Mumifizierung im alten Ägypten und auch mal wieder ein wenig Genetik: das Eukalyptus-Genom wurde sequenziert! Außerdem: wie magnetische Stimulation das Gedächtnis verbessert, wann der Mars seine Atmosphäre verloren hat. Zwei weitere Studien beschäftigen sich mit Afrika: einmal geht um die evolutionären Hintergründe der Pygmäenvölker, und in einer anderen erklärt Katrin die Produktion des neuen Medikamentes gegen das Ebola-Virus. Viel Spaß beim Hören!

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Sendungsnotizen

Fehlerhaft und trotzdem schön

• Holger Hennig (2014) Synchronization in human musical rhythms and mutually interacting complex systems (Proceedings of the National Academy of Sciences) DOI: 10.1073/pnas.1324142111
• Menschen bevorzugen von Menschen gemachte Musik gegenüber der von Computern generierten, und womöglich wegen der kleinen Fehler, die wir machen. Womöglich kein Mensch kann einen perfekten beat halten.
• Es gibt Programme, die zufällig kleine Fehler einbauen, um Musik menschlicher zu machen. Aber sind diese Fehler zufällig? Nö.
• Die Fehlerchen, die Menschen beim musizieren machen, weisen Muster auf, und sind zeitlich korreliert. Jetzt hat jemand dasselbe für die Interaktion zweier Musiker (und auch Musiklaien) nachgewiesen.
• Zwei gemeinsam musizierende Menschen synchronisieren nicht nur ihren beat, sondern zeigen eine cross-correlation zwischen ihren kleinen Variationen vom beat, ähnlich wie es schon für einzelne Musiker gezeigt wurde.
• Skalenfreie Korrelation der Variation wurde auch anderswo in der Natur beobachtet: Herzschläge, Vögelschwärme, Finanzmarkt, EEG-Signale -> Kollektivverhalten
• Dann hat der Autor auch noch einen Algorithmus gebastelt, der perfekte beats vermenschlicht, in dem er Fehlerchen nicht randomisiert einbaut, sondern beruhend auf den gefundenen Korrelationen. Klingt wohl besser.
• Das Modell ist auch als Plugin für die ein oder andere Audiosoftware verfügbar: Humanizer

SynBio-Vanille jetzt aus Zucker statt aus Sägespänen

• klassische Varianten: landwirtschaftlicher Anbau (& Extraktion) & chemische oder biotechnologische Synthese aus anderen Naturprodukten
• neu: Esben H. Hansen, Birger Lindberg Møller, … Jørgen Hansen (2009) De Novo Biosynthesis of Vanillin in Fission Yeast (Schizosaccharomyces pombe) and Baker’s Yeast (Saccharomyces cerevisiae) (Applied and Environmental Microbiology) DOI: 10.1128/AEM.02681-08
• Infos vom Hersteller Evolva & Kritik von Friends of the Earth
• Ökologische, ethische Fußabdrücke landwirtschaftlicher vs. biotechnologischer Gewinnung? Sinnhaftigkeit des Vanillinverbrauchs?
• IgNobel Prize 2007 für Vanillinextraktion aus Kuhmist: Mayu Yamamoto, Yasuhiro Futamura, … Kenji Yamamoto (2008) Novel Production Method for Plant Polyphenol from Livestock Excrement Using Subcritical Water Reaction (International Journal of Chemical Engineering) DOI: 10.1155/2008/603957

Schläge auf den Hinterkopf sind jetzt out

• Wang et al. (2014). Targeted enhancement of cortical-hippocampal brain networks and
  associative memory. Science 345 , 1054.
• Magnetpulse (transcranial magnetic stimulation, oder TMS), gezielt gerichtet auf bestimmte Hirnregionen scheinen gewisse Effekte auszulösen, vor allem eine Verbesserung der Erinnerungsleistung
• Keiner weiß, wie es funktioniert, aber man hat mal begonnen, die Auswirkungen zu erforschen.
• 16 gesunde Personen machen einen Gedächtnistest, und man bestimmt die Position ihres Hippocampus (Teil des Gehirns, der mit dem Gedächtnis in Verbindung gebracht wird).
• Anschließend 5 Tage lange jeden Tag 20 min Behandlung mit TMS
• Nach einem Tag folgt ein erneuter Test, und die stimulierten Personen waren plötzlich 20-25% besser als zuvor!
• Als nächstes wird der Versuch mit Personen gemacht, die sich im Anfangsstadium einer neurodegenerativen Krankheit wie Alzheimer befinden

Eucalyptus-Genom

• Alexander A. Myburg, Dario Grattapaglia, … Jeremy Schmutz (2014) The genome of Eucalyptus grandis (Nature) DOI: 10.1038/nature13308
• 640 Mb (Norwegische Fichte: 200 Gb, siehe KNS005)
• höchster Anteil Tandem-duplizierter Gene in Pflanzen; v.A. in Genen für:

1. Stressantwort => dadurch hohe Anpassungsfähigkeit?
2. Holzproduktion (Cellulose, Hemizellulose & Lignin); 5 neue Holz-bildende Enzymkandidaten => getrennte Evolution und Spezialisierung der duplizierten Genkopien?
3. Phenylpropanoid– & Terpen-Produktion=> Aroma- & Bitterstoffe => Schädlingsabwehr

• Muster: tandem-duplizierte Gene korrellieren mit superlativen Phänotypen
• Aber: Ethischer, umweltfreundlicher Einsatz von Grundlagenerkenntnissen bei schon etabliertem Monokulturanbau & industrieller Anwendungen möglich?

Noch schrumpeligere Mumien

• Jana Jones, Thomas F. G. Higham, … Stephen A. Buckley (2014) Evidence for Prehistoric Origins of Egyptian Mummification in Late Neolithic Burials (PLoS ONE) DOI: 10.1371/journal.pone.0103608
• Mumifikation (natürlich ablaufend) vs. Mumifizierung (durch den Menschen begünstigt/herbeigeführt)
• Mumifizierung im Alten Ägypten wurde seit dem Alten Reich durchgeführt und war vorher (so meinte man), unbekannt (~2700-2200 vor Christus). Die Mumifizierung hängt stark mit dem Glauben der alten Ägypter zusammen.
• Forscher haben jetzt die Leinentücher von Mumien untersucht, die aus der gleichen Region, aber aus noch älteren Perioden stammen.
• Methoden: Mikroskopie, C-Datierung, TD-GC-MS (thermal desorption gas chromatography MS), Py-GC-MS
• Scheinbar wurde die Mumifizierung & Einbalsamierun schon >1500 Jahre vor der Kultur des Alten Reiches durchgeführt, und mit ähnlicher Rezeptur für die Balsamflüssigkeiten, in denen man die Bandagen getränkt hat: Pflanzenstoffe, Tierfette, Harze, natürliches Erdöl, …
• Zwischen den beiden untersuchten Perioden gab es einen Rezepturwechsel, der zeitlich mit Kulturwechsel und Klimawandel im Mittelmeerraum zusammenfällt (Übergang zur Sesshaftigkeit).
• Damit muss die Entstehung eines essentiellen Teiles der altägyptischen Kultur ~1500 Jahre nach vorne verlegt werden
• Ägyptologie-Podcast: Egyptian History (Feed)

Wasser, Wärme und Verwirrung auf dem Mars

• Edwin S. Kite, Jean-Pierre Williams, … Oded Aharonson (2014) Low palaeopressure of the martian atmosphere estimated from the size distribution of ancient craters (Nature Geoscience) DOI: 10.1038/ngeo2137
• Atmosphärische Filterung: Krater können nur von ausreichend großen Meteroiten stammen
• etablierte Theorie zur Marsatmosphäre: Genug CO2 und H2O (1-5 bar) für Treibhauseffekt => Flüsse & Ozeane; dann aber Austrocknen, sowie Zerfall der Atmosphäre durch:

1. unregelmäßiges, schwaches Magnetfeld schützte nicht vor Sonnenwind
2. Kollision/Einschlag
3. Verdampfen aufgrund geringer Anziehungskraft

• Mars Reconnaissance Orbiter & High Resolution Imaging Science Experiment zur Identifizierung & Vermessung alter, kleiner Krater => kleinste 10% sind 50m
• Modellierung von Masse der Luftsäule, Einschlagsenergie der Meteoriten etc. => obere Grenze: 2bar => zu dünn für langanhaltendes feucht-warmes Treibhaus
• Aber (Dank an Karl!): Gibt bessere Messmethoden.

• Colin M. Dundas, Serina Diniega, Alfred S. McEwen (2014) Long-term monitoring of martian gully formation and evolution with MRO/HiRISE (Icarus) DOI: 10.1016/j.icarus.2014.05.013 (via)
• Abflussrinnen langsam durch CO2 erzeugt, anstatt schnell durch Wasser

• Gregory J. Retallack (2014) Paleosols and paleoenvironments of early Mars (Geology) DOI: 10.1130/G35912.1
• Abwechslung von wenig chemisch verwittertem Gips (aride Phasen) mit fluvio-lakustrinen Sedimenten, Phosphor-Verarmung und Vesikel-artige Strukturen sind auf Erde Hinweise auf bewohnbare Lebensräume

• “Mars Atmosphere and Volatile Evolution”-Mission wird Atmosphärenkollision beobachten (NASA Science News, MAVEN News)
• 21. Sept.: Einschwenk auf Marsorbit; 19. Okt.: Annäherung des Kometen Siding Spring bis auf 120-240 000 km

Klein, oho, und konvergent

• George H. Perry, Matthieu Foll, … Luis B. Barreiro (2014) Adaptive, convergent origins of the pygmy phenotype in African rainforest hunter-gatherers (Proceedings of the National Academy of Sciences) DOI: 10.1073/pnas.1402875111
• Kleinwuchs im Menschen scheint vor allem in Jäger/Sammler-Kulturen im Regenwald zu entstehen. Man vermutet, dass in einer kleinen Statur ein adaptiver Vorteil liegt, da er mindestens zweimal unabhängig entstanden ist (konvergente Evolution).
• In dieser Studie wollten die Autoren herausfinden, in welchen Genomregionen die kleine Größe festgeschrieben liegt, und herausfinden, in wie weit natürliche Selektion einen Einfluss auf die Statur dieser Völker hatte.
• Sequenzierung der Genome eines Pygmäenvolkes aus dem östlichen Zentralafrika (169 Batwa), sowie räumlichnahegelegenen landwirtschaftlichem Volk (61 Bakiga)
• Anschließend folgte ein Vergleich mit 74 Genomen der Baka, einem Pygmäenvolk aus dem westlichen Zentralafrika
• (1) Der afrikanische Pygmäen-Phenotyp hat einen genetischen Ursprung (je mehr Bakiga eingekreuzt war, desto größer waren die Batwa)
• (2) Der Pygmäenphenotyp der Batwa ist polygenisch, da 16 Genomregionen immer wieder in den Analysen aufgetaucht sind
• (3) Der Pygmäenphenotyp der Batwa ist wahrscheinlich adaptiv, da die Unterschiede zu anderen Völkern für diese 16 Genomregionen sehr viel höher ist als für andere
• (4) Zumindest teilweise konvergente Evolution des Pygmäen-Phenotyps in Zentralafrika. Das bedeutet, dass Kleinwuchs für solche Völker tatsächlich adaptiv zu sein scheint!

Mit Tabak gegen Ebola

• Hildegard Kaulen (23. Aug. 2014) Ebola-Mittel ZMapp Chancen für die pflanzliche Proteinfabrik (Frankfurter Allgemeine Zeitung)
• ZMAb/ZMapp- & Lizensinfos von Defyrus & LeafBio (nicht zu verwechseln mit ZMap Internet Scanner)
• Olinger GG, Pettitt J, Kim D, Working C, Bohorov O, et al. (2012) Delayed treatment of Ebola virus infection with plant-derived monoclonal antibodies provides protection in rhesus macaques. PNAS 109: 18030–18035
• Mixtur dreier monoklonaler, humanisierte Antikörper (somatische Hypermutation)
• Gregory P. Pogue, Fakhrieh Vojdani, … Barry Bratcher (2010) Production of pharmaceutical-grade recombinant aprotinin and a monoclonal antibody product using plant-based transient expression systems (Plant Biotechnology Journal) DOI: 10.1111/j.1467-7652.2009.00495.x
• Risiko in tierischen Produktionssystemen: Mitzucht tierischer Pathogenen

1. Antikörpergene (plus Translokationssequenzen) in Mosaikvirus => normale Infektion der Tabakpflanzen und stabile Integration => Ab-Expression & -aggregation
2. Vakuum-unterstütze Agroinfiltration von Tabakpflanzen mit 2 transformierten Agrobacterium tumefaciens Linien => transiente Expression der Antikörperketten, Faltung durch Chaperone &

• Homogenisierung des Pflanzenmaterials, Auspressen des Saftes, Filtration, Chromatographie etc. zur Reinigung der Antikörper
• Julian K.-C. Ma, Pascal M. W. Drake, Paul Christou (2003) The production of recombinant pharmaceutical proteins in plants (Nature Reviews Genetics) DOI: 10.1038/nrg1177
• Pflanzen erlauben Nutzung von Signalpeptide => Produktion der Antikörper ins Endoplasmatisches Retikulum => Oxidation von Cysteinresten zu Disulfidbrücken, keine Proteasen, viele Chaperone & Glykosylierung
• weitere Stichworte: Molecular Farming, Impfmöhre
• Nachträge 12. Jan. 2015: SWR2 Wissen über “Afrikas Krankheitssysteme” (MP3, PDF) & Katrins Präsentation “Ausbrüche können wir nicht verhindern, Epidemien schon“

Empfehlungen

• TWiV & Point of Inquiry über Ebola
• Nachtrag KNS014: Hummeln werden seit 130 Jahren kommerziell genutzt O.o (via)
• Nachtrag KNS024: On Point über “Broken Window”-Theorie

Hausmeisterei

• letzte Einreichung beim Grimme-Online-Award?!?

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• KNS029 Knusper, Knusper, CRISPR! Wer editiert meine DNA?